Wprowadzenie

Członków zespołu podzielono na sześć podzespołów:

            Projekt automatycznej skrzyni biegów wykonano przy użyciu środowiska
programowego Autodesk Fusion 360, a jej sterowanie za pomocą Arduino Uno.
Przeprowadzono również symulacje podzespołów, wykonano dokumentację
techniczną i wizualizację (render) projektu. 

Konstrukcja

            Układ skonstruowany w programie Fusion 360 składa się z modułu do zmiany
biegów, czujnika ultradźwiękowego, silnika LEGO oraz serwa, które służy do zmiany
biegów.

Render modelu - widok z ukosa: 

Render modelu - widok z boku:

Render modelu - widok z góry:

Opis działania

Schemat kinematyczny:

            Schemat został zmodyfikowany na rzecz zaprezentowania działania skrzyni na płaszczyźnie 2D. W wyniku czego linią przerywaną narysowano elementy fikcyjne, gdzie w rzeczywistości zamiast nich znajduje się jedno koło (16). Działanie automatycznej skrzyni biegów opiera się na utwierdzaniu z osią odpowiedniego koła obrotowego w wyniku czego uzyskujemy odpowiedni bieg.

            Biegi są zmieniane na podstawie elementu podobnego do mechanizmu krzywkowego:

Wizualizacja działania wykonanego projektu automatycznej skrzyni biegów:

Analiza kinematyczna

Dane techniczne silnika LEGO EV3 medium motor:

masa = 39 [g]

Parametry w stanie nieobciążonym (dla 9 [V] DC):

n = 260 [rpm]

I = 80 [mA]

Parametry w stanie przeciążonym (stalled motor) (dla 9 [V] DC):

M = 15 [Ncm]

I = 780 [mA]

Parametry w stanie obciążonym (normalnej pracy):

Kwestia prędkości i momentów poszczególnych osi skrzyni: 

Oś 1 jest osią napędową, a oś 6 osią wyjściową (napędzaną).

STAGE 1

Istotne osie o numerach 3, 4, 5.

Ostatecznie na wyjściu mamy:

Wykresy prędkości kątowej i obrotu dla biegu pierwszego:

STAGE 2

Istotna oś 2.

Ostatecznie na wyjściu mamy:

Wykresy prędkości kątowej i obrotu dla biegu drugiego:

STAGE 3
Istotna oś 3.

Ostatecznie na wyjściu mamy:

Wykresy prędkości kątowej i obrotu dla biegu trzeciego:

            Analiza kinematyczna została przeprowadzona dla każdego biegu z osobna w postaci animacji (stage 1, 2 i 3) oraz wykresów obrotu i prędkości wejściowej od wyjściowej, które zostały wygenerowane za pomocą poniższego pliku Matlaba:

%% Kinematyka skrzyni biegów
clc; clear all; close all;
%wektor czasu
t=0:0.001:100;
%prędkość kątowa na wejściu (dobrana ze specyfikacji silnika (część o
%numerze 9455) z napięciem 9 [V] na wejściu silnika)
w=160*60/(2*pi);
w_in=w*ones(1,length(t));
fi_in=w.*t;
%% Bieg pierwszy
%przełożenie obliczone analitycznie
I1=1/5;
%wykresy wartości kinematycznych, wartości te są wyznaczone analitycznie,
%ale z dobrą dokładnością w praktyce, jako że połączenia kształtowe mają
%dość wysoką sprawność (około 99%)
figure(1);
subplot(2,1,1);
plot(t,fi_in,t,I1*fi_in);
xlabel('Czas [s]');
ylabel('Obrót [rad]');
legend('Obrót na wejściu','Obrót na wyjściu');
title('Bieg pierwszy - obrót');
grid on;
subplot(2,1,2);
plot(t,w_in,t,I1*w_in);
xlabel('Czas [s]');
ylabel('Prędkość kątowa [rad/s]');
legend('Prędkość kątowa wejściowa','Prędkość kątowa wyjściowa');
title('Bieg pierwszy - prędkość kątowa');
grid on;
ylim([0,2000]);
%% Bieg drugi
%przełożenie obliczone analitycznie
I2=1/3;
%wykresy wartości kinematycznych, wartości te są wyznaczone analitycznie,
%ale z dobrą dokładnością...

Read more »